最优化技术在加劲环式地下埋管抗外压稳定设计中的应用

加劲环式地下埋管的稳定是压力钢管设计中重要的问题之一,既要满足结构需要又要经济合理。文章在加劲环式地下埋管抗外压稳定设计过程中采用最优化技术解决了钢管管壁厚度、加劲环厚度及加劲环高度最优选择的难题,对加劲环式地下埋管设计的经济性取得了借鉴性成果。     

龙滩水电站埋藏式加劲压力钢管稳定性校核

龙滩水电站为地下厂房压力引水式电站,采用单管单机供水方式,压力钢管内径10 m,最大HD值达2 453 m2,为特大型钢管.钢管管壁厚度18～52 mm,采用16MnR级钢板(厚18～32 mm)和610 MPa级钢板(厚32～52 mm),加劲环采用Q345-C级钢材.地下埋管入岩段外包厚1 500 mm的C25钢筋混凝土,配Ⅱ级钢筋,其余地下埋管外包厚600 mm的C20素混凝土.对龙滩水电站埋藏式加劲压力钢管抗外压稳定性进行了校核计算.在校核计算过程中,采用了解析法和半解析有限元法等多种计算方法,并且综合考虑了初始缝隙等缺陷因素对压力钢管抗外压稳定性的影响.对水电站埋藏式加劲压力钢管的稳定性设计具有一定的借鉴作用.     

水电站埋藏式加劲压力钢管结构计算与优化设计

众所周知，承担木桶全部内水压力的是桶箍。虽然，埋藏式加劲压力钢管(以下简称为地下埋管)受力情况与木桶不尽相同，但在运行中，加劲环与“桶箍”的作用相似，同样可以分担部分内、外水压力。但是，目前在地下埋管设计中，或在《压力钢管设计规范》中，都没有考虑利用加劲环分担内、外水压力，加劲环的唯一功能只是防止地下埋管出现外压失稳。     

埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定计算方法的比较与应用

对埋藏式压力钢管加劲环的抗外压稳定分析,国内外常用的计算方法有Amstutz法、Jacob-sen法和《水电站压力钢管设计规范》(NB/T 35056—2015)(以下简称《规范》)中的强度公式。对这三种计算方法进行了比较分析,得到以下结论:Amstutz公式和Jacobsen公式计算的临界外压力随缝隙值的增大而减小,《规范》强度公式没有考虑缝隙值的影响,其计算得到的临界外压力与缝隙值无关;三种方法计算所得的临界外压力均随加劲环高度、管壁厚度和钢材屈服强度的增大而增大,随加劲环间距的增大而减小;《规范》强度公式计算所得的加劲环临界外压力相对Amstutz公式和Jacobsen公式较小,采用《规范》强度公式在外水头小于130 m时明显偏保守,经过比较分析后,建议将Jacobsen法作为国内钢管设计规范中埋藏式压力钢管加劲环抗外压稳定的主要计算方法之一。     

加劲环式压力钢管局部稳定性分析的有限柱壳单元法

采用半解析有限柱壳单元法,分析了水电站加劲环式压力钢管的局部稳定性问题.在分析过程中考虑了初始缝隙和加劲环的影响,建立了圆柱壳单元的刚度矩阵.计算结果可以较好地与经典的理论解及试验结果相吻合,为加劲环式压力钢管局部稳定性问题分析提供了一种新的可行方法.     

加劲环钢管均匀外压弹性屈曲解的对比分析

加劲环钢管广泛应用于水利水电等工程领域,其外压稳定性是关注的重点问题。针对受均匀外压作用的加劲环管的弹性屈曲解进行了分析,将加劲环管的屈曲外压求解归结为非线性整数规划问题。详细比较了加劲环管的屈曲外压计算的精确式和近似式,证明目前设计所采用的近似式给出的临界压力总是比精确式给出的小,是更为保守的。以屈曲外压计算的精确式和设计采用的近似式为基础,推导了加劲环临界间距的表达式,从而明确了屈曲外压计算公式的适用范围,因考虑了管道的厚径比的影响,与现有文献的结果相比更为合理。对不同加劲环间距和加劲环约束程度的钢管进行了弹性屈曲有限元分析,利用所得的临界外压值详细考察了屈曲外压解析解的适用性和精度,进一步证明解析解和设计规范的公式都是偏于安全的,实际加劲环钢管的临界外压相比理想加劲环钢管都有不同程度的提高。     

加劲式压力钢管外压稳定性有限元屈曲分析

埋藏式压力钢管抗外压稳定是工程设计中的关键问题。在考虑钢管的初始缺陷、塑性行为以及大变形的基础上,利用ANSYS三维有限元软件,进行了加劲式压力钢管的特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,给出了加劲式压力钢管的失稳屈曲模态和荷载位移曲线,并将计算结果与解析算法的结果进行了比较,论证了使用有限单元法进行加劲式压力钢管屈曲分析的可行性;同时讨论了不同初始缺陷、管壁厚度和加劲环尺寸对加劲式压力钢管临界荷载的影响。     

锚筋式埋藏钢管外压稳定分析的研究

一、引言 外压稳定分析是埋藏式钢管设计的一个重要内容,常常是设计的控制情况.当外压稳定不足时,外部加劲可提高钢管抗外压的能力.根据加劲构件的形式,埋藏式钢管可分为加劲环式和锚筋(包括锚片)式两大类. 环形的加劲肋对提高钢管抗外压的能力具有显著效果,工程界对设计这种钢管也有较丰富的经验.     

带加劲环埋藏式压力钢管外压屈曲的研究

本文提出带加劲环的埋藏式压力钢管的计算简图并运用壳体稳定理论,推导出临界压力P_cr的计算式,最后通过试验,对临界压力公式的计算成果进行了验证.结果表明:本文提出的临界压力计算式是实用的,也是可靠的.     

响水电站高压埋管修复工程压力钢管焊缝施工

响水电站高压埋管修复工程压力钢管焊缝施工中，在正式制作钢管前，对包括厚34mm的不同型号、不同规格的钢板分别作了焊接工艺评定试验，同时对加劲环与管壁的焊接工艺，对双面坡口与单面坡口焊接进行了工艺对比试验，根据试验结果，最后采用单面坡口型式进行钢管的加工制作。     

龙滩水电站地下埋藏式压力钢管设计

龙滩水电站引水压力钢管内径10m。最大HD值达2453m^2，大部分为地下埋藏式钢管。龙滩水电站地下埋藏式钢管的设计主要包括结构设计、加劲结构参数的优化、灌浆与排水设计、细部构造设计等。     

巨型水电站地下输水钢管运行期可靠度研究

按定值安全系数法设计的输水钢管,因无法考虑工程运行中各种不确定因素影响,致使钢管的设计成果与其实际工作状态存在差异。对水电站地下输水钢管运行期可能遇到的不确定性因素进行分析,并将其归纳为两类变量（随机变量和数列形变量）,建立了埋藏式加劲环钢管可靠度分析模型。以溪洛渡水电站输水钢管为例,对分析模型进行了验证,结果表明：改善运行方式和加强围岩防护,以减小运行期水锤压力和围岩缝隙是保证钢管内压安全的有效措施;而设计上使环高b≤200 mm及环间距l≤1 000 mm,同时加强围岩排水,控制外水响应比ω≤0.4,对巨型加劲环钢管运行期外压稳定是十分必要的。说明模型能比较真实地反映钢管的工作状态,其方法对同类工程的设计具有极高的参考价值。     

增城供水工程西福河段过河埋管施工

在管道引输水中,当引水式水电站压力管道需要埋设于山体内或坝式水电站的压力管道需要穿越坝体时,宜采用埋管。地下埋管由钢管、混凝土衬罔、围岩共同承担内水压力,是引水式水电站中应用较广泛的一种压力管道。随着压力管道HD值的日益增大,以及环境保护的需要,设计和制作明管技术上难于实现,在大中型常规水电站中,越来越趋向于将压力管道从地面转入地下。在地下厂房及抽水蓄能电站中,地下埋管更是得到了广泛的应用。将其技术应用到大口径供水管道过河埋管工程的施工,这在城市供水工程中是一个突破,为同类型供水管道安装工程提供参考。     

白山水电站一期工程压力钢管设计复核

文中在根据内水压力确定钢衬厚度的基础上,对钢管进行抗外压稳定验算,确定加劲环的布置。光面管钢管抗外压失稳安全系数大于2.0,加劲环间管壁与加劲环抗外压失稳安全系数大于1.8。在内水压力作用时,钢管按明管设计,采用光面管型式,通过光面管抗外压稳定计算管壁抗外压稳定及承载力,均满足要求。     

直埋压力钢管槽钢形式加劲环设计

本文对直埋压力钢管设计中采用槽钢作为加劲环时的抗外压验算公式进行了推导并作了计算,并对不同布置形式的槽钢加劲环方案的优劣进行了分析与说明,为采用槽钢制作的加劲环设计提供了一定的依据。     

环肋加劲压力钢管的有限元屈曲分析

压力钢管在外压下极易失稳,为了研究环肋加劲压力钢管的屈曲临界载荷,以某二级水电站压力钢管的下平段为例,基于结构屈曲理论,利用有限元软件ABAQUS分析了钢管的线性屈曲情况,在此基础上考虑钢管的大变形及初始缺陷,分析了钢管的非线性屈曲情况。结果表明,有限元法可以合理地考虑加劲环和管壁的相互作用,比规范法、阿姆斯图兹法单独考虑加劲环管段和中间管段的外压稳定更加合理。鉴于加劲环可显著提高压力钢管抗外压稳定能力,还研究了加劲环局部稳定适宜的高厚比,以期为更好地使用规范提供参考。     

加劲巨型薄壁输水钢管外压临界失稳性能研究

通过分析加劲巨型薄壁钢管管身段和环管段的外压临界失稳特性,同时根据工程应用实际,考虑了具有相同断面面积的矩形环和T形环对钢管临界失稳指标的影响,得出了加劲环间距采用0.1~0.6倍钢管内半径最为有效,加劲环厚度宜为1~1.5倍管壁厚度,适宜高厚比为5~20的结论,并指出不同尺寸与布置间距的加劲环管段外压临界失稳存在耦合特性.实例分析表明,使用文中介绍的方法进行加劲巨型薄壁输水钢管外压稳定优化设计可达到既经济又安全的目的.     

天荒坪抽水蓄能电站输水系统设计

天荒坪工程上游输水系统为斜井，一洞三机，输水道总长与平均发电水头的比值为２．５。６台机组有两个相同的水力单元，中心距为５９．５４ｍ，承受６８０ｍ的最大静水头，输水系统全长１４３５ｍ。尾水部分长２４５．３～２５３．８ｍ，为单机单洞，共６条尾水洞。岔管采用钢筋混凝土结构，平底两次分岔，分岔角度为６０°。高压钢管承受最大内压为８．７ＭＰａ，近厂房段钢管按明管设计，离厂房边线１８ｍ外按埋管设计并考虑钢管、衬砌和围岩三者联合作用。为保证钢衬回填质量，高压钢管均不设加劲环，在回填混凝土和回填浆液中掺适量微膨胀剂，并采用设置排水廊道和钢管外排水等措施降低外水压力。经充水试验观察，高压钢管部位缝隙值小于设计值，外水压力接近零，效果较好。     

巨型薄壁水电站输水钢管抗外压失稳性能分析

将加劲巨型输水钢管分为管身段和加劲环管段，分析了随着钢管的巨型超薄化，其抗外压失稳性能的骤减特征，揭示了加劲环的型式、尺寸、布置间距及材料性能等因素对其抗外压失稳能力的影响，给出了加劲环的合理形式、尺寸及布置间距。     

水电站厂房蜗壳进口边界条件对止推环作用的影响研究

为了研究水电站厂房蜗壳进口边界条件对止推环作用的影响,采用ANSYS软件对某水电站地下厂房蜗壳结构进行三维有限元计算,研究了蜗壳进口不同边界条件和止推环对蜗壳结构受力特性的影响,提出了蜗壳进口边界条件的合理模拟方法。结果表明:设置伸缩节时,直埋蜗壳方案止推环只承担了不平衡水推力的5. 63%,低于垫层蜗壳方案时的29. 21%。而不设伸缩节时,考虑上游钢管和外包混凝土情况下,上游钢管承担的不平衡水推力相比不考虑上游钢管和外包混凝土的情况减小6%～19%。因此,无论上游钢管是否设置伸缩节,直埋蜗壳均不需设置止推环;对于垫层蜗壳,设置伸缩节时止推环可以起到较为明显的止推作用,但不设伸缩节时上游钢管或加劲环能够代替止推环的作用,可以考虑取消止推环。综合考虑蜗壳进口上游钢管对计算精度的影响、计算模型的复杂性以及计算工作量的增加程度,建议蜗壳计算模型中进口范围取至上游钢管中第一个加劲环,并施加轴向约束。